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Inovação para as indústrias de biocombustíveis e fármacos

Pesquisas em Biologia Estrutural para desenvolvimento de biocombustíveis de segunda geração e de tecnologia de produção de insumos na área de fármacos têm impactos positivos para o meio ambiente e para a saúde humana.

Ações Inovadoras

Microscópio

O Laboratório de Biologia Estrutural da Divisão de Metrologia Biológica (Dibio), da Diretoria de Metrologia Aplicada às Ciências da Vida, desenvolve estudos metrológicos em nível celular e molecular utilizando, essencialmente, técnicas de microscopia e difração de Raio-X para caracterização de diversos tipos de material biológico.

Infraestrutura:

  • Setor de preparo de amostra por criotécnicas;
  • Moderno microscópio de Força Atômica, com a possibilidade de geração de imagem correlativa com um Microscópio de Fluorescência;
  • Microscópio Confocal;
  • Centro de microscopia óptica convencional;
  • Sistema de High Throughput Screening; dois Difratômetros de raio-X;
  • Microscópio Eletrônico de Transmissão convencional;
  • Microscópio Eletrônico de Varredura ambiental de alta resolução com microanálise;
  • Espectrômetro de Massas que permite a geração de imagens massas.

Os projetos desenvolvidos nesse laboratório podem ser agrupados em duas categorias, sempre com foco no fortalecimento da indústria brasileira:

a) Foco em inovação e no mercado da indústria de biocombustíveis

A produção de etanol é realizada pela fermentação do caldo da cana (primeira geração) e tem como subproduto o bagaço. Este bagaço também pode ser utilizado como matéria prima para a produção de etanol (segunda geração) através da fermentação dos açúcares extraídos da parede celular vegetal, e assim, aumentar a produtividade de biocombustíveis no Brasil. Tanto a composição química, quanto as propriedades físicas e estruturais do bagaço formam uma das maiores barreiras para as etapas de pré-tratamento e hidrólise enzimática para obtenção de açúcares fermentescíveis. Portanto, o estudo desses aspectos é indispensável para a determinação de melhores condições de produção.

  • projeto “Caracterização físico-química de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por ácido” visa reduzir a dose de enzima e uso de alta concentração de substrato para viabilizar economicamente a produção de etanol de segunda geração. O pré-tratamento do bagaço de cana em diferentes condições e análise das modificações químicas, físicas e estruturais são alvos do estudo para o entendimento das características para o melhoramento deste processo. Além disso, novos métodos para a produção de biocombustíveis também são estudados no Laboratório de Biologia Estrutural.
  • projeto “Identificação e caracterização de celulases de teredinídeos (Bivalvia: Teredinidae) visando à bioconversão de materiais lignocelulósicos”, tem por objetivo estudar novos organismos como modelos degradadores de madeira para encontrar enzimas celulolíticas mais eficientes para a produção de etanol de segunda geração.
  • O projeto Análise estrutural da parede celular de cana-de-açúcar”, visa caracterizar a arquitetura e a desconstrução da parede celular de cana-de-açúcar.

b) foco em inovação na indústria de fármacos

Nanobiotecnologia é a aplicação da nanotecnologia nas ciências da vida. As pesquisas nessa área têm se direcionado para a utilização de nanopartículas como terapia ou carreadores de fármacos e também na área de diagnósticos. A caracterização de nanopartículas é importante em uma variedade de usos potenciais, mas particularmente na biologia, pois o tamanho, a morfologia e a carga da superfície das mesmas podem afetar significativamente a resposta celular. Assim, estudos voltados para a medição dessas características intrínsecas das nanopartículas para fins biológicos são fundamentais e vêm sendo desenvolvidos no Laboratório de Biologia Estrutural.

Projetos:

  • Produção e caracterização de nanopartículas de ouro;
  • Comparação de diferentes técnicas para caracterização morfométrica de nanoestruturas: pesquisa para padronização;
  • Síntese biológica e caracterização de nanopartículas de prata produzidas por fungos e bactérias, visa estudar fungos e bactérias capazes de sintetizar nanopartículas de prata para sua utilização no transporte de drogas ou como aplicação antimicrobiana. Vale ressaltar que o comportamento de nanopartículas em ambiente biológico é essencial para garantir o seu uso seguro em seres humanos.  
  • Padronização de nanopartículas de ouro para o carreamento de drogastem por objetivo funcionalizar nanopartículas de ouro com diferentes tipos de drogas, incluindo quimioterápicos convencionais e anticorpos monoclonais utilizados na prática clínica e RNA de interferência para aplicação em terapia gênica, e avaliar o efeito dessas abordagens terapêuticas em linhagens celulares humanas. A ideia é avaliar e comparar a eficiência dessas nanopartículas como sistemas carreadores de diferentes tipos de drogas e também atuar na quantificação de dose a fim de permitir o uso seguro dessas nanopartículas como medicamentos.

Além disso, a análise e o desenvolvimento de novos compostos, especialmente para a terapia de doenças negligenciadas, cujo interesse da indústria farmacêutica é restrito dada a alta prevalência dessas doenças apenas em países em desenvolvimento, também é interesse do núcleo da Biologia Estrutural:

  • projeto “Estudo de novos quimioterápicos para o tratamento de doença de Chagas”,  tem por objetivo estudar os efeitos de novos compostos contra a doença de Chagas, causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, de forma a obter uma droga estável, barata, disponível na forma oral e mais eficiente que as atualmente ofertadas no mercado.;
  • projeto “Metrologia de ácidos nucleicos”, tem por objetivo desenvolver metodologias que permitam o estudo quantitativo e qualitativo dos ácidos nucléicos de diferentes organismos. Tal projeto inclui o estudo da ação de drogas que interferem em alvos específicos, por exemplo, o DNA mitocondrial de Trypanosoma cruzi entre outras diversas espécies de protozoários.

Outro campo de atuação no desenvolvimento de fármacos é o estudo de mecanismos de morte celular, uma vez que a modulação das vias de morte permite o tratamento de diferentes doenças humanas, além de permitir a análise de toxicidade de diferentes compostos:

  • projeto “Validação de ensaios de diferentes tipos de morte celular utilizando como modelo linhagens celulares provenientes de mamíferos”, visa normalizar e validar os ensaios de morte celular empregando como modelo linhagens de células de mamíferos, a fim de diferenciar a morte celular por apoptose, morte celular autofágica, e necrose.
  • Em consonância com o estudo anterior, o projeto “Determinação da estrutura tridimensional de Bcl-2 em complexo com NR4A por difração de raios-X e a elucidação de sua função na regulação da apoptose”, visa determinar a estrutura tridimensional de um complexo apoptótico por difração de raios-X.

É importante ressaltar que outras atividades são desempenhadas pelos pesquisadores da Biologia Estrutural. O grupo participa de estudos, especialmente em microscopia, promovidos pelo Grupo de trabalho em Bioanálises (BAWG) pertencente ao Comitê consultivo para quantificação de substâncias (CCQM) que opera pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). Sua tarefa é assegurar uniformidade em quantificações e rastreabilidade nas medições através de comparações internacionais e estabelecimento de equivalência entre laboratórios na área biológica.

Além disso, no projeto Avaliação de métodos para detecção de cistos de Giardia em água de consumo humano”, o Núcleo de Biologia Estrutural fornece suporte técnico-científico-metrológico aos órgãos reguladores/fiscalizadores e demais laboratórios para avaliar os métodos utilizados para detecção de cistos do protozoário Giardia em água de consumo humano, de acordo com padrões de potabilidade da água determinados pelo Ministério da Saúde.

Ainda, o grupo também atua intensamente na área de ensino, o que inclui a orientação de alunos de graduação e pós-graduação e também atividades no curso técnico de Biotecnologia oferecido no Colégio Estadual Círculo Operário, no mestrado profissional em Formação Científica de Professores de Biologia e no Mestrado profissional em Metrologia e Qualidade do Inmetro.

 

 

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